Problemi comuni nei test EMI degli alimentatori a commutazione

Attualmente, il problema della compatibilità elettromagnetica dei prodotti elettronici ha attirato sempre più attenzione. I paesi particolarmente sviluppati nel mondo hanno formato un sistema completo di compatibilità elettromagnetica. Allo stesso tempo, il nostro paese sta anche istituendo un compatibilità elettromagnetica sistema. Pertanto, la realizzazione di Test EMI di prodotti è un passaporto per entrare nel mercato internazionale. LISUN Sistema di test EMI EMI-9KB incontra pienamente CISPR15:2018, CISPR16-1, GB17743, FCC, EN55015 ed EN55022.

Per l'alimentatore switching, poiché il tubo di commutazione e il tubo raddrizzatore funzionano in condizioni di alta corrente e alta tensione, produrranno forti interferenze elettromagnetiche al mondo esterno, quindi l'emissione di conduzione e l'emissione di radiazioni elettromagnetiche dell'alimentatore switching sono più difficile rispetto ad altri prodotti. Per ottenere la compatibilità elettromagnetica, ma se abbiamo una chiara comprensione del principio dell'interferenza elettromagnetica generata dagli alimentatori switching, non è difficile trovare contromisure adeguate per ridurre il livello di emissione condotta e il livello di emissione irradiata a un livello adeguato per ottenere la compatibilità elettromagnetica disegno.

Il meccanismo di generazione e il modo di propagazione dell'interferenza elettromagnetica negli alimentatori a commutazione
L'elevata azione di commutazione dei dispositivi di commutazione di potenza è la causa principale di interferenza elettromagnetica (EMI) nella commutazione di alimentatori. L'aumento della frequenza di commutazione riduce le dimensioni e il peso dell'alimentatore da un lato, e porta a più gravi EMI problemi d'altra parte. Interferenza elettromagnetica negli alimentatori switching si divide in due tipologie: interferenza condotta ed interferenza irradiata. Generalmente interferenza condotta è meglio analizzato e la teoria dei circuiti e le conoscenze matematiche possono essere combinate per studiare le caratteristiche dei vari componenti nell'interferenza elettromagnetica; ma per l'interferenza irradiata, a causa dell'effetto globale di diverse sorgenti di interferenza nel circuito, coinvolge anche la teoria del campo elettromagnetico, è più difficile da analizzare. Il meccanismo di queste due interferenze sarà brevemente introdotto di seguito. L'interferenza condotta può essere suddivisa in interferenza in modalità comune (Modalità comune-CM) e interferenza in modalità differenziale (Modalità differenziale-DM). A causa dell'esistenza di parametri parassiti e dell'accensione e spegnimento ad alta frequenza dei dispositivi di commutazione nell'alimentatore a commutazione, l'alimentatore a commutazione genera al suo ingresso un'ampia interferenza di modo comune e un'interferenza di modo differenziale (ad es. lato rete AC).

Interferenza in modalità comune (CM).
Quando il convertitore lavora ad alta frequenza, a causa dell'elevata dv/dt, la capacità parassita tra le bobine del trasformatore e tra il tubo dell'interruttore e il dissipatore di calore viene eccitata, con conseguente interferenza di modo comune.
Secondo il principio dell'interferenza di modo comune, nelle applicazioni pratiche vengono spesso utilizzati i seguenti metodi di soppressione:
1. Ottimizzare la disposizione dei componenti del circuito per ridurre al minimo le capacità parassite e di accoppiamento.
2. Ritardare il tempo di accensione e spegnimento dell'interruttore. Ma questo non è coerente con la tendenza degli alimentatori switching ad alta frequenza.
3. Applicare un circuito snubber per rallentare la velocità di cambio dv/dt.

Interferenza in modalità differenziale (DM).
La corrente nel convertitore di commutazione viene commutata ad alta frequenza, determinando un di/dt elevato sui condensatori di filtro di ingresso e di uscita, ovvero la tensione di disturbo viene indotta sull'induttanza o impedenza equivalente del condensatore di filtro. In questo momento, si verificherà un'interferenza in modalità differenziale. Pertanto, la selezione di condensatori di filtro di alta qualità (l'induttanza equivalente o l'impedenza è molto bassa) può ridurre l'interferenza di modo differenziale.

Generazione e propagazione dell'interferenza irradiata
Interferenza da radiazioni può essere ulteriormente suddiviso in interferenza di campo vicino (distanza tra il punto di misurazione e la sorgente di campo <λ/6 (λ è la lunghezza d'onda dell'onda elettromagnetica di interferenza)) e interferenza di campo lontano (distanza tra il punto di misurazione e la sorgente di campo>λ/6 ). Secondo la teoria del campo elettromagnetico di Maxwell, una corrente variabile in un conduttore produce un campo magnetico variabile nello spazio circostante, che a sua volta produce un campo elettrico variabile, che obbedisce entrambi alle equazioni di Maxwell. L'intensità e la frequenza di questa corrente variabile determinano l'intensità e la portata del campo elettromagnetico generato. Nella ricerca sulle radiazioni, l'antenna è la fonte della radiazione elettromagnetica. Nel circuito di alimentazione switching, i componenti e le connessioni del circuito principale possono essere considerati come l'antenna, che può essere analizzata applicando la teoria del dipolo elettrico e del dipolo magnetico. Nell'analisi, diodi, tubi di commutazione, condensatori, ecc. possono essere considerati dipoli elettrici; le bobine induttive possono essere considerate come dipoli magnetici e quindi è possibile eseguire un'analisi completa con la teoria del campo elettromagnetico pertinente.

Quando l'alimentatore switching è in funzione, le sue forme d'onda interne di tensione e corrente aumentano e diminuiscono in brevissimo tempo. Pertanto, l'alimentatore switching stesso è una fonte di rumore. L'interferenza generata dall'alimentatore switching può essere suddivisa in due tipi: interferenza di picco e interferenza armonica a seconda del tipo di sorgente di disturbo del rumore; se suddivisa in base al percorso di accoppiamento può essere suddivisa in due tipologie: interferenza di conduzione e interferenza di radiazione. Il modo fondamentale per evitare che le interferenze generate dall'alimentazione causino danni al sistema elettronico e alla rete elettrica è quello di indebolire la fonte di rumore, ovvero interrompere il percorso di accoppiamento tra il rumore di alimentazione e il sistema elettronico e la rete elettrica .

Spiegare separatamente in base alla fonte di interferenza del rumore
1.Interferenza causata dal tempo di recupero inverso del diodo
La tensione di ingresso CA viene convertita in una tensione pulsante sinusoidale dal ponte raddrizzatore a diodi di potenza, quindi diventa CC dopo essere stata livellata dal condensatore, ma la forma d'onda della corrente del condensatore non è un'onda sinusoidale ma un'onda a impulsi. Dalla forma d'onda della corrente si può vedere che la corrente contiene armoniche più elevate. Una grande quantità di componenti armoniche di corrente fluisce nella rete elettrica, causando inquinamento armonico alla rete elettrica. Inoltre, poiché la corrente è un'onda a impulsi, il fattore di potenza in ingresso dell'alimentatore viene ridotto. Quando il diodo raddrizzatore nel circuito raddrizzatore ad alta frequenza è a conduzione diretta, scorre una grande corrente diretta. Quando viene disattivato dalla tensione di polarizzazione inversa, a causa dell'accumulo di più portanti nella giunzione PN, il trasporto di corrente Per un periodo di tempo prima che il vettore scompaia, la corrente scorrerà nella direzione opposta, risultando in un forte diminuzione della corrente di recupero inversa della scomparsa del vettore e una grande variazione di corrente (di/dt).

2. Interferenza armonica generata quando il tubo dell'interruttore funziona
Quando il tubo dell'interruttore di alimentazione è acceso, scorre un grande impulso di corrente. Ad esempio, la forma d'onda della corrente di ingresso del convertitore di tipo forward, push-pull e di tipo bridge è approssimativamente un'onda rettangolare con carico resistivo, che contiene abbondanti componenti armoniche di ordine superiore. Quando viene utilizzata la commutazione a corrente zero e tensione zero, questa interferenza armonica sarà minima. Inoltre, l'improvviso cambiamento di corrente causato dall'induttanza di dispersione dell'avvolgimento del trasformatore ad alta frequenza durante il periodo di spegnimento del tubo dell'interruttore di alimentazione produrrà anche picchi di interferenza.

3. Interferenza causata dal circuito di ingresso CA
Il tubo raddrizzatore all'estremità di ingresso dell'alimentatore switching senza un trasformatore di frequenza di alimentazione causerà oscillazioni smorzate ad alta frequenza durante il periodo di ripristino inverso e causerà interferenze. L'interferenza di picco e l'energia di interferenza armonica generata dall'alimentatore switching, l'interferenza formata attraverso le linee di ingresso e uscita dell'alimentatore switching è chiamata interferenza di conduzione; e l'energia di oscillazione armonica e parassitaria, quando propagata attraverso le linee di ingresso e di uscita, sarà nello spazio. Genera campi elettrici e magnetici. Questa interferenza generata da radiazione elettromagnetica prende il nome di interferenza irradiata.

4. Altre ragioni
I parametri parassiti dei componenti e il disegno schematico dell'alimentatore switching non sono perfetti. Il cablaggio del circuito stampato (PCB) è solitamente disposto manualmente, il che ha una grande casualità. L'interferenza del campo vicino del PCB è ampia e l'installazione, il posizionamento e l'orientamento irragionevoli lo causeranno Interferenza EMI. Ciò aumenta la difficoltà di estrarre i parametri di distribuzione del PCB e stimare l'interferenza del campo vicino.

La reazione del rumore dell'architettura Flyback sullo spettro
• L'oscillazione generata a 0.15MHz è l'interferenza causata dalla 3a armonica della frequenza di commutazione;
• L'oscillazione generata a 0.2MHz è l'interferenza causata dalla sovrapposizione della 4a armonica della frequenza di commutazione e dell'onda fondamentale dell'oscillazione Mosfet 2 (190.5KHz); quindi questa parte è più forte;
• L'oscillazione generata a 0.25MHz è l'interferenza causata dalla 5a armonica della •frequenza di commutazione;
• L'oscillazione generata a 0.35MHz è l'interferenza causata dalla 7a armonica della frequenza di commutazione;
• L'oscillazione generata a 0.39MHz è l'interferenza causata dalla sovrapposizione dell'8a armonica della frequenza di commutazione e dell'onda fondamentale dell'oscillazione Mosfet 2 (190.5KHz);
• L'oscillazione generata a 1.31 MHz è l'interferenza causata dall'onda fondamentale di oscillazione del diodo 1 (1.31 MHz);
• L'oscillazione generata a 3.3MHz è l'interferenza causata dall'onda fondamentale di oscillazione Mosfet 1 (3.3MHz);

Caratteristiche dell'alimentatore switching EMI
Come dispositivo di conversione dell'energia che funziona nello stato di commutazione, i tassi di variazione della tensione e della corrente dell'alimentatore di commutazione sono molto elevati e l'intensità dell'interferenza è relativamente elevata; le sorgenti di disturbo sono concentrate principalmente durante il periodo di commutazione dell'alimentazione e il radiatore e il trasformatore di alto livello ad esso collegati. La posizione della sorgente di interferenza del circuito è relativamente chiara; la frequenza di commutazione non è elevata (da decine di kilohertz e diversi megahertz) e le principali forme di interferenza sono l'interferenza condotta e l'interferenza di campo vicino; e le tracce del circuito stampato (PCB) sono generalmente cablate manualmente. Ha una maggiore casualità, che aumenta la difficoltà di estrarre i parametri di distribuzione del PCB e l'interferenza del campo vicino.

Misure per prevenire le interferenze elettromagnetiche durante la progettazione di alimentatori a commutazione
• Ridurre al minimo l'area della lamina di rame PCB per i nodi del circuito di disturbo, come i nodi di scarico, collettore, avvolgimento primario e secondario di tubi di commutazione, ecc.;
• Tenere i terminali di ingresso e di uscita lontani da componenti di disturbo, come avvolgimenti dei cavi dei trasformatori, nuclei dei trasformatori, dissipatori di calore dei tubi degli interruttori, ecc.;
• Tenere i componenti rumorosi (come avvolgimenti dei cavi dei trasformatori non schermati, nuclei e interruttori dei trasformatori non schermati, ecc.) lontano dal bordo della custodia, che è probabile che sia vicino al filo di terra esterno durante il normale funzionamento;
• Se il trasformatore non è schermato con campo elettrico, tenere lo schermo e il dissipatore lontano dal trasformatore;
• Ridurre al minimo l'area dei seguenti circuiti di corrente: raddrizzatori secondari (di uscita), dispositivi di alimentazione di commutazione primari, linee di azionamento del gate (base), raddrizzatori ausiliari;
• Non mischiare il circuito di retroazione dell'azionamento del gate (base) con il circuito dell'interruttore primario o il circuito raddrizzatore ausiliario;
• Regolare e ottimizzare il valore della resistenza di smorzamento in modo che non produca suono di squillo durante il tempo morto dell'interruttore;
• Prevenire la saturazione dell'induttore del filtro EMI;
• Tenere i nodi di svolta ei componenti del circuito secondario lontano dalla schermatura del circuito primario o dal dissipatore dell'interruttore;
• Tenere i nodi oscillanti del circuito primario ei corpi dei componenti lontani da schermi o dissipatori di calore;
• Posizionare il filtro EMI per l'ingresso ad alta frequenza vicino al cavo di ingresso o all'estremità del connettore;
• Tenere il filtro EMI dell'uscita ad alta frequenza vicino ai terminali del filo di uscita;
• Mantenere una certa distanza tra la lamina di rame del PCB sul lato opposto del filtro EMI e il corpo del componente; mettere delle resistenze sulla linea del raddrizzatore della bobina ausiliaria; collegare le resistenze di smorzamento in parallelo con la bobina della barra magnetica; collegare in parallelo entrambe le estremità del filtro RF di uscita Resistenza di smorzamento;
• È consentito inserire un condensatore ceramico da 1nF/500V o una serie di resistori nel progetto PCB, che è collegato attraverso l'estremità statica primaria del trasformatore e l'avvolgimento ausiliario;
• Tenere il filtro EMI lontano dal trasformatore di alimentazione, soprattutto alla fine dell'involucro;
• Se l'area del PCB è sufficiente, i pin per gli avvolgimenti di schermatura e la posizione per posizionare le serrande RC possono essere lasciate sulla PCB e le serrande RC possono essere collegate su entrambe le estremità degli avvolgimenti di schermatura;
• Posizionare un piccolo condensatore radiale a piombo (Miller, 10 picofarad/1kV) tra il drain e il gate del FET di potenza di commutazione, se lo spazio lo consente;
• Mettere una piccola serranda RC sull'uscita DC se lo spazio lo consente;
• Non posizionare la presa CA contro il dissipatore di calore dell'interruttore principale.

Contromisure EMI nelle radiazioni
Rumore a banda larga eccessivo nella banda di frequenza 30-300 MHz
1. Verificare aggiungendo un anello magnetico di disaccoppiamento (apri e chiudibile) sulla linea di alimentazione. Se c'è un miglioramento, significa che è correlato alla linea elettrica. Vengono utilizzati i seguenti metodi di rettifica: Se il dispositivo dispone di un filtro integrato, verificare se la messa a terra del filtro è corretta. Bene, se il filo di terra è il più corto possibile;

2. La messa a terra del filtro con involucro metallico avviene preferibilmente direttamente attraverso l'ampia area di collegamento tra l'involucro e la terra. Verificare se le linee di ingresso e di uscita del filtro sono vicine tra loro. Regolare opportunamente la capacità del condensatore X/Y, l'induttanza di modo differenziale e l'induttanza della bobina di induttanza di modo comune; prestare attenzione ai problemi di sicurezza durante la regolazione del condensatore Y; la modifica dei parametri può migliorare la radiazione di una certa sezione, ma porterà ad altre variazioni di frequenza. Scarso, quindi devi continuare a cercare di trovare la combinazione migliore. È un buon modo per aumentare opportunamente il valore della resistenza sull'elettrodo trigger; può anche essere efficacemente ridotto collegando un piccolo condensatore al collettore del transistor di commutazione (o al drain del transistor MOS) o al raddrizzatore di uscita secondario a massa del Common Mode Switching Noise.

3. La scheda di alimentazione a commutazione deve controllare l'area di ritorno di ciascun circuito durante il cablaggio del PCB, il che può ridurre notevolmente la radiazione in modalità differenziale. Aggiungere condensatori 104/103 alle tracce di alimentazione del PCB per il disaccoppiamento dell'alimentazione; durante il cablaggio della scheda multistrato, è necessario che il piano di alimentazione e il piano di terra siano vicini l'uno all'altro; posizionare un anello magnetico sulla linea di alimentazione per il confronto e la verifica, che può essere aggiunto successivamente sulla singola scheda. A tale scopo vengono utilizzati induttori di modo comune oppure viene iniettato un anello magnetico sul cavo. La lunghezza della linea L della linea AC di ingresso dovrebbe essere la più corta possibile; all'interno dell'apparecchiatura di schermatura, se è presente una fonte di interferenza in prossimità dei fori; se è presente vernice isolante spruzzata sui giunti di sovrapposizione delle parti strutturali, utilizzare tela smeriglio per pulire la vernice isolante per un test comparativo. Controllare se la vite di messa a terra è spruzzata con vernice isolante e se la messa a terra è buona.

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